Bagaimana cara kerja aproksimasi berurutan (sar) adc dan di mana paling baik digunakan?

Sebuah Analog to Digital Converter (ADC) adalah jenis perangkat yang membantu kita untuk memproses kacau data real-dunia dalam sudut pandang digital. Untuk memahami data dunia nyata seperti suhu, kelembaban, tekanan, posisi, kita membutuhkan transduser, yang semuanya mengukur parameter tertentu dan memberi kita sinyal listrik kembali dalam bentuk tegangan dan arus. Karena mayoritas perangkat kita saat ini adalah digital, sinyal-sinyal tersebut harus diubah menjadi sinyal digital. Di situlah ADC masuk, meskipun ada banyak jenis ADC di luar sana tetapi dalam artikel ini, kita akan berbicara tentang salah satu jenis ADC yang paling banyak digunakan yang dikenal sebagai ADC aproksimasi berurutan.. Dalam artikel awal, kami telah berbicara tentang dasar ADC dengan bantuan Arduino, Anda dapat memeriksanya jika Anda baru mengenal elektronik dan ingin mempelajari lebih lanjut tentang ADC.

Apa itu ADC Pendekatan Berturut-turut?

ADC Pendekatan Berturut - turut adalah ADC pilihan untuk aplikasi berbiaya rendah menengah hingga resolusi tinggi, resolusi untuk ADC SAR berkisar dari 8 - 18 bit, dengan kecepatan sampel hingga 5 mega-sampel per detik (Msps). Selain itu, dapat dibuat dalam faktor bentuk kecil dengan konsumsi daya yang rendah, itulah sebabnya ADC jenis ini digunakan untuk instrumen portabel bertenaga baterai.

Sesuai dengan namanya, ADC ini menerapkan algoritme pencarian biner untuk mengubah nilai, itulah sebabnya sirkuit internal dapat berjalan pada beberapa MHZ tetapi laju sampel sebenarnya jauh lebih sedikit karena algoritme Pendekatan Berturutan. Kami membahas lebih lanjut tentang itu nanti di artikel ini.

Bekerja dari ADC Pendekatan Berturut-turut

Gambar sampul menunjukkan rangkaian ADC perkiraan berurutan dasar. Tetapi untuk memahami prinsip kerja sedikit lebih baik, kami akan menggunakan versi 4-bitnya. Gambar di bawah menunjukkan hal itu dengan tepat.

Seperti yang Anda lihat, ADC ini terdiri dari komparator, konverter digital ke analog, dan register aproksimasi yang berurutan bersama dengan rangkaian kontrol. Sekarang, setiap kali percakapan baru dimulai, rangkaian sampel dan tahan mengambil sampel sinyal input. Dan sinyal tersebut dibandingkan dengan sinyal keluaran spesifik dari DAC.

Sekarang katakanlah, sinyal input yang disampel adalah 5.8V. Referensi ADC adalah 10V. Ketika konversi dimulai, register perkiraan yang berurutan menetapkan bit paling signifikan ke 1 dan semua bit lainnya ke nol. Artinya nilainya menjadi 1, 0, 0, 0 yang artinya, untuk tegangan referensi 10V, DAC akan menghasilkan nilai 5V yang merupakan setengah dari tegangan referensi. Sekarang tegangan ini akan dibandingkan dengan tegangan masukan dan berdasarkan keluaran komparator, keluaran dari register perkiraan yang berurutan akan diubah. Gambar di bawah ini akan lebih memperjelasnya. Selanjutnya, Anda dapat melihat tabel referensi umum untuk detail lebih lanjut tentang DAC. Sebelumnya kami telah membuat banyak proyek di ADC dan DAC, Anda dapat memeriksanya untuk informasi lebih lanjut.

Ini berarti jika Vin lebih besar dari keluaran DAC, bit paling signifikan akan tetap seperti itu, dan bit berikutnya akan ditetapkan untuk perbandingan baru. Jika tidak, jika tegangan input kurang dari nilai DAC, bit paling signifikan akan disetel ke nol, dan bit berikutnya akan disetel ke 1 untuk perbandingan baru. Sekarang jika Anda melihat gambar di bawah ini, tegangan DAC adalah 5V dan karena kurang dari tegangan input, bit berikutnya sebelum bit yang paling signifikan akan diatur ke satu, dan bit lainnya akan diatur ke nol, proses ini akan berlanjut hingga nilai yang paling dekat dengan jangkauan tegangan input.

Ini adalah bagaimana pendekatan ADC berturut-turut berubah 1 bit pada satu waktu untuk menentukan tegangan input dan menghasilkan nilai output. Dan berapa pun nilainya dalam empat iterasi, kita akan mendapatkan kode digital keluaran dari nilai masukan. Akhirnya, daftar semua kemungkinan kombinasi untuk perkiraan ADC empat-bit berturut-turut ditunjukkan di bawah ini.

Konversi Waktu, Kecepatan, dan Resolusi ADC Pendekatan Berturutan

Konversi Waktu:

Secara umum, kita dapat mengatakan bahwa untuk ADC bit N, dibutuhkan siklus jam N, yang berarti waktu konversi ADC ini akan menjadi-

Tc = N x Tclk

* Tc adalah singkatan dari Conversion Time.

Dan tidak seperti ADC lainnya, waktu konversi ADC ini tidak bergantung pada tegangan input.

Karena kita menggunakan ADC 4-bit, untuk menghindari efek aliasing, kita perlu mengambil sampel setelah 4 pulsa clock berurutan.

Kecepatan Konversi:

Kecepatan konversi tipikal dari ADC jenis ini adalah sekitar 2 - 5 Mega Samples Per Seconds (MSPS), tetapi ada beberapa yang dapat mencapai hingga 10 (MSPS). Contohnya adalah LTC2378 oleh Linear Technologies.

Resolusi:

Resolusi ADC jenis ini bisa sekitar 8 - 16 bit, tetapi beberapa jenis dapat mencapai 20-bit, contohnya ADS8900B oleh Perangkat Analog.

Keuntungan dan Kerugian dari ADC Pendekatan Berturut-turut

Jenis ADC ini memiliki banyak keunggulan dibandingkan yang lain. Ini memiliki akurasi tinggi dan konsumsi daya rendah, sedangkan mudah digunakan dan memiliki waktu latensi rendah. Waktu latensi adalah waktu awal akuisisi sinyal dan waktu saat data tersedia untuk diambil dari ADC, biasanya waktu latensi ini ditentukan dalam detik. Tetapi juga beberapa lembar data merujuk ke parameter ini sebagai siklus konversi, di ADC tertentu jika data tersedia untuk diambil dalam satu siklus konversi, kita dapat mengatakan itu memiliki latensi satu siklus percakapan. Dan jika data tersedia setelah siklus N, kita dapat mengatakan itu memiliki latensi siklus konversi. Kerugian utama SAR ADC adalah kompleksitas desain dan biaya produksinya.

Aplikasi SAR ADC

Karena ini adalah ADC yang paling umum digunakan, ini digunakan untuk banyak aplikasi seperti penggunaan pada perangkat biomedis yang dapat ditanamkan pada pasien, ADC jenis ini digunakan karena mengkonsumsi daya yang sangat sedikit. Selain itu, banyak jam tangan pintar dan sensor yang menggunakan ADC jenis ini.

Singkatnya, kita dapat mengatakan bahwa keunggulan utama ADC jenis ini adalah konsumsi daya yang rendah, resolusi tinggi, faktor bentuk kecil, dan akurasi. Jenis karakter ini membuatnya cocok untuk sistem terintegrasi. Batasan utama adalah tingkat pengambilan sampelnya yang rendah dan suku cadang yang diperlukan untuk membangun ADC ini, yaitu DAC, dan pembanding, keduanya harus bekerja dengan sangat akurat untuk mendapatkan hasil yang akurat.